CN103959366A - 用于驱动模拟干涉式调制器的系统、装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于校准及控制模拟干涉式调制器的激活的系统、方法及设备。在一个方面中，所述模拟干涉式调制器的可移动层的电极可包含用于接收驱动电压的部分及电隔离部分。可从所述电隔离部分感测电压，且所述电压可用以确定所述可移动层的位置及/或对所述驱动电压提供反馈。

Description

用于驱动模拟干涉式调制器的系统、装置及方法
技术领域
本发明涉及用于模拟干涉式调制器且用于检测安置在两个其它导体之间的可移动导体的位置的驱动方案及校准方法。
背景技术
机电系统(EMS)包含具有电元件及机械元件、激活器、变换器、传感器、光学组件(例如，镜)及电子装置的装置。机电系统可以多种尺度制造，包含(但不限于)微尺度及纳米尺度。例如，微机电系统(MEMS)装置可包含具有在约1微米到数百微米或更大的范围内的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含具有小于一微米的大小(包含例如小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻及/或蚀除衬底及/或经沉积材料层的部分或添加层的其它微机械加工工艺产生机电元件以形成电装置及机电装置。
一种类型的EMS装置称为干涉式调制器(IMOD)。如本文使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器是指使用光学干涉原理选择性地吸收及/或反射光的装置。在一些实施方案中，干涉式调制器可包含一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可为全部或部分透明及/或具反射性且能够在施加适当电信号之后相对运动。在一实施方案中，一个板可包含沉积于衬底上的固定层，且另一板可包含通过气隙与所述固定层分离的反射膜。一个板相对于另一板的位置可改变入射在所述干涉式调制器上的光的光学干涉。干涉式调制器装置具有广泛的应用，且预期用于改进现有产品及产生新产品，尤其是具有显示能力的产品。
发明内容
本发明的系统、方法及装置各自具有若干创新方面，所述若干创新方面中的单个者不单独负责本发明的本文揭示的所要属性。
本发明中描述的标的物的一个创新方面可实施于用于调制光的装置中。在此方面中，用于调制光的装置可包含至少第一、第二、第三及第四电极。可跨所述第一电极及所述第二电极施加固定电压，且可施加可变电压到所述第三电极；且电压传感器可耦合到所述第四电极。
其它创新方面涉及驱动用于调制光的装置的方法。在一个此方面中，驱动用于调制光的装置的方法包含：跨第一电极及第二电极施加第一电压；施加第二电压到第三电极；以及感测第四电极的电压。
在另一创新方面中，用于调制光的装置包含：用于跨第一电极及第二电极施加第一电压的装置；用于施加第二电压到第三电极的装置；以及用于感测第四电极的电压的装置。
在附图及下文描述中陈述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。虽然主要就基于机电系统(EMS)及微机电系统(MEMS)的显示器描述本发明中提供的实例，但是本文提出的概念还可应用于其它类型的显示器，例如液晶显示器、有机发光二极管(“OLED”)显示器及场发射显示器。从描述、图式及权利要求书将明白其它特征、方面及优点。注意，下列图式的相对尺寸可能并非按比例绘制。
附图说明
图1A及1B展示描绘两个不同状态中的干涉式调制器(IMOD)显示装置的像素的等角视图的实例。
图2展示说明用于光学MEMS显示装置的驱动电路阵列的示意性电路图的实例。
图3展示说明图2的驱动电路及相关联的显示元件的结构的一个实施方案的示意性部分横截面的实例。
图4展示具有干涉式调制器阵列及具有嵌入式电路的背板的光学MEMS显示装置的示意性部分分解透视图的实例。
图5展示具有两个固定层及可移动第三层的干涉式调制器的横截面。
图6展示说明用于具有图5的结构的光学EMS显示装置的驱动电路阵列的示意性电路图的实例。
图7A到7C展示图5的干涉式调制器的两个固定层及可移动层的横截面，其说明材料的堆叠。
图8展示图5中说明的干涉式调制器及电压源的示意性表示。
图9A展示说明具有两个电隔离部分的电极的俯视图的图。
图9B展示说明具有两个电隔离部分的另一电极的俯视图的图。
图10展示图9A或9B的实施于图5的干涉式调制器中的电极的示意性表示。
图11展示用于确定安置在两个固定导电层之间的可移动导电层的位置的过程的流程图。
图12展示经配置以对图9A的电极提供反馈的电压传感器的说明。
图13展示用于驱动用于调制光的装置的过程的流程图。
图14展示说明图12的传感器及反馈的实施方案的电路图。
图15展示说明并入有电压感测及反馈以定位每一调制器的中间层的干涉式调制器的阵列的图。
图16展示具有具备固定感测电极的固定层及可移动层的干涉式调制器的横截面。
图17展示说明如图16中所示的并入有电压感测及反馈以定位每一调制器的可移动层的干涉式调制器的阵列的另一实施方案的图。
图18A及18B展示说明包含多个干涉式调制器的显示装置的系统框图的实例。
图19为具有光学MEMS显示器的电子装置的示意性分解透视图的实例。
在各个图式中，相同的参考数字及标号指示相同元件。
具体实施方式
以下描述是针对用于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的一股技术人员将容易认识到，本文中的教示可以许多不同方式应用。所描述的实施方案可在可经配置以显示无论为动态(例如，视频)还是静态(例如，静止图像)且无论为文本、图形还是图片的图像的任何装置或系统中实施。更特定来说，预期所描述的实施方案可包含于多种电子装置中或与多种电子装置相关联，所述电子装置例如(但不限于)：移动电话、具有多媒体因特网能力的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能本、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真装置、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、摄录像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子书阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(包含里程表及速度计显示器等等)、驾驶舱控制装置及/或显示器、摄影机景观显示器(例如车辆中的后视摄影机的显示器)、电子相册、电子广告牌或标志牌、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、卡带记录器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、停车定时器、封装(例如在机电系统(EMS)、微机电系统(MEMS)及非MEMS应用中)、美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示器)及多种EMS装置。本文中的教示还可用于非显示器应用中，例如(但不限于)电子切换装置、射频滤波器、传感器、加速度计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、消费型电子装置的惯性组件、消费型电子装置产品的零件、可变容抗器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺及电子测试设施。因此，所述教示不希望限于仅在图式中描绘的实施方案，而是如所属领域的一股技术人员将容易明白股具有广泛适用性。
本文描述的某些方法及装置涉及模拟干涉式调制器的实施方案。模拟干涉式调制器可驱动到具有不同的光学性质的一系列不同位置。本发明揭示用于校准及控制模拟干涉式调制器的位置以实现各种光学状态的方法及系统。在一些实施方案中，可移动层包含电隔离感测电极。在其它实施方案中，固定衬底包含电隔离感测电极。所述感测电极上的电压可用于反馈回路中以响应于驱动电压而控制所述可移动层的位置。
本发明中描述的标的物的特定实施方案可经实施以实现以下潜在优点中的一或多者。本文揭示的系统及方法可允许快速且精确的调制器定位并增加产生显示装置中的调制器的高性能阵列的能力，即使当所述阵列的调制器的物理性质包含与制造公差相关的性能差异时也如此。
可应用所描述的实施方案的适当EMS或MEMS装置的实例为反射显示装置。反射显示装置可并入有干涉式调制器(IMOD)以使用光学干涉的原理选择性地吸收及/或反射入射在其上的光。IMOD可包含吸收体、可相对于所述吸收体移动的反射体及界定于所述吸收体与所述反射体之间的光学谐振腔。所述反射体可移动到两个或两个以上不同位置，这可改变光学谐振腔的大小且借此影响所述干涉式调制器的反射率。IMOD的反射率光谱可产生相当宽的光谱带，所述光谱带可跨可见波长移位以产生不同色彩。可通过改变光学谐振腔的厚度来调整光谱带的位置。一种改变所述光学谐振腔的方式为通过改变所述反射体的位置。
图1A及1B展示描绘两种不同状态中的干涉式调制器(IMOD)显示装置的像素的等角视图的实例。IMOD显示装置包含一或多个干涉式MEMS显示元件。在这些装置中，MEMS显示元件的像素可处于亮状态或暗状态中。在亮(“松弛”、“敞开”或“开启”)状态中，显示元件将入射可见光的大部分反射到例如用户。相反，在暗(“激活”、“闭合”或“关闭”)状态中，显示元件反射极少的入射可见光。在一些实施方案中，可颠倒开启状态及关闭状态的光反射率性质。MEMS像素可经配置以主要在特定波长处反射，从而除黑色及白色以外还允许彩色显示。
IMOD显示装置可包含IMOD的行/列阵列。每一IMOD可包含一对反射层(即，可移动反射层及固定部分反射层)，所述对反射层定位于彼此相距可变且可控制距离处以形成气隙(还称为光学间隙或腔)。所述可移动反射层可在至少两个位置之间移动。在第一位置(即，松弛位置)中，所述可移动反射层可定位于距所述固定部分反射层的相对较大距离处。在第二位置(即，激活位置)中，所述可移动反射层可定位成更接近于所述部分反射层。从所述两个层反射的入射光可取决于所述可移动反射层的位置而相长或相消地干涉，从而针对每一像素产生总体反射或非反射状态。在一些实施方案中，IMOD在未激活时可处于反射状态中，反射可见光谱内的光，且在未激活时可处于暗状态中，吸收及/或相消地干涉可见范围内的光。然而，在一些其它实施方案中，IMOD在未激活时可处于暗状态中，且在激活时处于反射状态中。在一些实施方案中，引入施加电压可驱动像素改变状态。在一些其它实施方案中，施加电荷可驱动像素改变状态。
图1A及1B中的所描述的像素描绘IMOD12的两种不同状态。在图1A的IMOD12中，可移动反射层14说明为处于距包含部分反射层的光学堆叠16的预定距离处的松弛位置中。因为跨图1A中的IMOD12未施加电压，所以可移动反射层14保持在松弛或未激活状态中。在图1B的IMOD12中，可移动反射层14说明为处于邻近于光学堆叠16的激活位置中。跨图1B中的IMOD12施加的电压Vactuate足以将可移动反射层14激活到激活位置。
在图1中，像素12的反射性质整体用箭头13说明，箭头13指示入射在像素12上的光及从左侧像素12反射的光15。所属领域的一股技术人员将容易认识到，入射在像素12上的光13的大部分将朝向光学堆叠16而透射穿过透明衬底20。入射在光学堆叠16上的光的一部分将透射穿过光学堆叠16的部分反射层且一部分将被反射回来穿过透明衬底20。透射穿过光学堆叠16的光13的部分将在可移动反射层14处朝向透明衬底20被反射回来(并穿过)透明衬底20。从光学堆叠16的部分反射层反射的光与从可移动反射层14反射的光之间的干涉(相长或相消)将确定从像素12反射的光15的波长。
光学堆叠16可包含单个层或若干层。所述层可包含电极层、部分反射及部分透射层及透明电介质层中的一或多者。在一些实施方案中，光学堆叠16导电、部分透明且部分反射，且可例如通过将上述层中的一或多者沉积在透明衬底20上而制造。电极层可由多种材料(例如各种金属，例如氧化铟锡(ITO))形成。部分反射层可由具部分反射性的多种材料(例如各种金属，例如铬(Cr)、半导体及电介质)形成。部分反射层可由一或多个材料层形成，且所述层中的每一者可由单个材料或材料组合形成。在一些实施方案中，光学堆叠16可包含单个半透明厚度的金属或半导体，所述金属或半导体用作光学吸收体及导体两者，而(例如，光学堆叠16的或IMOD的其它结构的)不同、导电性更强的层或部分可用以在IMOD像素之间汇流信号。光学堆叠16还可包含覆盖一或多个导电层或导电/光学吸收层的一或多个绝缘或电介质层。
在一些实施方案中，下电极16在每一像素处接地。在一些实施方案中，这可通过在衬底上沉积连续光学堆叠16及在沉积层的外围处将整个薄片接地而完成。在一些实施方案中，例如铝(Al)等高度导电及反射材料可用于可移动反射层14。可移动反射层14可形成为沉积在柱18的顶部上的一或多个金属层及沉积在柱18之间的介入牺牲材料。当蚀除牺牲材料时，可在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成经界定间隙19或光学腔。在一些实施方案中，柱18之间的间隔可为大约1μm到1000μm，而间隙19可小于大约10,000埃
在一些实施方案中，IMOD的每一像素(无论处于激活状态中还是松弛状态中)本质上为通过固定反射层及移动反射层形成的电容器。如通过图1A中的像素12所说明，当未施加电压时，可移动反射层14a保持在机械松弛状态中，其中可移动反射层14与光学堆叠16之间具有间隙19。然而，当将电位差(例如，电压)施加于可移动反射层14及光学堆叠16中的至少一者时，形成于对应像素处的电容器变得带电，且静电力将电极牵拉在一起。如果所施加电压超过阈值，那么可移动反射层14可变形且移动地接近光学堆叠16或抵靠光学堆叠16。如图1B中的激活像素12所说明，光学堆叠16内的电介质层(未展示)可防止短路并控制层14与16之间的分离距离。无论所施加的电位差的极性如何，行为均相同。虽然在一些例子中可将一阵列中的一系列像素称为“行”或“列”，但所属领域的一股技术人员将容易了解，将一个方向称为“行”且将另一方向称为“列”是任意的。换句话说，在一些定向上，行可视为列，且列可视为行。此外，显示元件可均匀地布置成正交行及列(“阵列”)或布置成例如相对于彼此具有特定位置偏移的非线性配置(“马赛克”)。术语“阵列”及“马赛克”可指代任一配置。因此，虽然显示器称为包含“阵列”或“马赛克”，但是在任何例子中，元件本身无需布置成彼此正交或安置成均匀分布，而是可包含具有不对称形状及不均匀分布元件的布置。
在一些实施方案中，一系列IMOD或IMOD阵列中的光学堆叠16可用作对显示装置的IMOD的一侧提供共用电压的共用电极。如下文进一步描述，可移动反射层14可形成为布置成例如矩阵形式的分离板的阵列。所述分离板可被供应电压信号以驱动IMOD。
根据上文陈述的原理操作的干涉式调制器的结构的细节可大为不同。例如，每一IMOD的可移动反射层14可仅在拐角处(例如，系链上)附接到支撑件。如图3中所示，可从可由柔性金属形成的可变形层34悬吊平坦、相对刚性反射层14。此架构允许用于调制器的机电方面及光学方面的结构设计及材料被选择且彼此独立起作用。因此，可相对于光学性质优化用于反射层14的结构设计及材料，且可相对于所要机械性质优化用于可变形层34的结构设计及材料。例如，反射层14部分可为铝，且可变形层34部分可为镍。可变形层34可直接或间接地连接到可变形层34的圆周周围的衬底20。这些连接可形成支撑柱18。
在例如图1A及1B中所示的实施方案的实施方案中，IMOD用作直视装置，其中从透明衬底20的前侧(即，与上面布置调制器的侧相对的侧)观察图像。在这些实施方案中，所述装置的背侧部分(即，所述显示装置的在可移动反射层14后面的任何部分，包含例如图3中所说明的可变形层34)可经配置及操作而不影响或负面地影响所述显示装置的图像质量，因为反射层14光学地遮蔽所述装置的所述部分。例如，在一些实施方案中，可移动反射层14后面可包含总线结构(未说明)，所述总线结构提供使调制器的光学性质与调制器的机械性质分离的能力，例如电压寻址及由此寻址所致的移动。
图2展示说明用于光学MEMS显示装置的驱动电路阵列200的示意性电路图的实例。驱动电路阵列200可用于实施有源矩阵寻址方案以对显示阵列组合件的显示元件D11到Dmn提供图像数据。
驱动电路阵列200包含数据驱动器210、栅极驱动器220、第一数据线DL1到第m数据线DLm、第一栅极线GL1到第n栅极线GLn及开关或切换电路S11到Smn的阵列。数据线DL1到DLm中的每一者从数据驱动器210延伸且电连接到开关S11到S1n、S21到S2n、......、Sm1到Smn的相应列。栅极线GL1到GLn中的每一者从栅极驱动器220延伸且电连接到开关S11到Sm1、S12到Sm2、......、S1n到Smn的相应行。开关S11到Smn电耦合于数据线DL1到DLm中的一者与显示元件D11到Dmn中的相应者之间且经由栅极线GL1到GLn中的一者从栅极驱动器220接收切换控制信号。开关S11到Smn说明为单个FET晶体管，但是可采用多种形式，例如两个晶体管发射栅极(以供电流在两个方向上流动)或甚至机械MEMS开关。
数据驱动器210可从显示器外部接收图像数据，且可经由数据线DL1到DLm将图像数据以电压信号的形式逐行提供给开关S11到Smn。栅极驱动器220可通过接通与显示元件D11到Dm1、D12到Dm2、......、D1n到Dmn的特定行相关联的开关S11到Sm1、S12到Sm2、......、S1n到Smn而选择显示元件D11到Dm1、D12到Dm2、......、D1n到Dmn的选定行。当所述选定行中的开关S11到Sm1、S12到Sm2、......、S1n到Smn接通时，来自数据驱动器210的图像数据传递到显示元件D11到Dm1、D12到Dm2、......、D1n到Dmn的选定行。
在操作期间，栅极驱动器220可经由栅极线GL1到GLn中的一者将电压信号提供给选定行中的开关S11到Smn的栅极，借此接通开关S11到Smn。在数据驱动器210将图像数据提供给所有数据线DLl到DLm之后，可接通所述选定行的开关S11到Smn以将图像数据提供给显示元件D11到Dm1、D12到Dm2、......、D1n到Dmn的选定行，借此显示图像的一部分。例如，与所述行中待激活的像素相关联的数据线DL可设定为例如10伏特(可为正或负)，且与所述行中待释放的像素相关联的数据线DL可设定为例如0伏特。接着，用于给定行的栅极线GL经断言，从而接通所述行中的开关，且施加选定数据线电压到所述行的每一像素。此对已施加10伏特的像素充电并激活所述像素，且对已施加0伏特的像素放电并释放所述像素。接着，可切断开关S11到Smn。显示元件D11到Dm1、D12到Dm2、......、D1n到Dmn可保持所述图像数据，因为当所述开关关闭时将保留激活像素上的电荷，只是通过绝缘体及关闭状态开关存在一定的泄漏。一股来说，此泄漏足够低以保留所述像素上的图像数据直到将另一数据集合写入到所述行。可对每一随后行重复这些步骤直到已选择所有行并将图像数据提供给所有行。在图2的实施方案中，下电极16在每一像素处接地。在一些实施方案中，这可通过在衬底上沉积连续光学堆叠16及使整个薄片在所沉积层的外围处接地而完成。图3为说明图2的驱动电路及相关联的显示元件的结构的一个实施方案的示意性部分横截面的实例。
图3展示说明图2的驱动电路及相关联的显示元件的结构的一个实施方案的示意性部分横截面的实例。驱动电路阵列200的部分201包含第二列及第二行处的开关S22及相关联的显示元件D22。在所说明的实施方案中，开关S22包含晶体管80。驱动电路阵列200中的其它开关可具有与开关S22相同的配置。
图3还包含显示阵列组合件110的一部分及背板120的一部分。显示阵列组合件110的部分包含图2的显示元件D22。显示元件D22包含前衬底20的一部分、形成于前衬底20上的光学堆叠16的一部分、形成于光学堆叠16上的支撑件18、通过支撑件18支撑的可移动电极14/34及将可移动电极14/34电连接到背板120的一或多个组件的互连件126。
背板120的部分包含图2的第二数据线DL2及开关S22，其嵌入背板120中。背板120的所述部分还包含至少部分嵌入其中的第一互连件128及第二互连件124。第二数据线DL2实质上水平延伸穿过背板120。开关S22包含晶体管80，晶体管80具有源极82、漏极84、介于源极82与漏极84之间的沟道86及上覆通道86的栅极88。晶体管80可为薄膜晶体管(TFT)或金氧半导体场效晶体管(MOSFET)。晶体管80的栅极可通过栅极线GL2延伸穿过垂直于数据线DL2的背板120而形成。第一互连件128将第二数据线DL2电耦合到晶体管80的源极82。
晶体管80通过穿过背板120的一或多个通孔160耦合到显示元件D22。通孔160用导电材料填充以在显示阵列组合件110的组件(例如，显示元件D22)与背板120的组件之间提供电连接。在所说明的实施方案中，第二互连件124经形成穿过通孔160且将晶体管80的漏极84电耦合到显示阵列组合件110。背板120还可包含电绝缘驱动电路阵列200的前述组件的一或多个绝缘层129。
如图3中所示，显示元件D22可为具有耦合到晶体管80的第一端子及耦合到可通过光学堆叠16的至少部分形成的共用电极的第二端子的干涉式调制器。图3的光学堆叠16为说明为三层：上文描述的顶部电介质层、也在上文描述的中间部分反射层(例如铬)及包含透明导体(例如氧化铟锡(ITO))的下层。所述共用电极通过ITO层形成且可在所述显示器的外围处耦合到接地。
图4展示具有干涉式调制器阵列及具有嵌入式电路的背板的光学MEMS显示装置30的部分分解透视图的实例。显示装置30包含显示阵列组合件110及背板120。在一些实施方案中，显示阵列组合件110及背板120在附接在一起之前可单独预形成。在一些其它实施方案中，显示装置30可以任何适当方式(例如，通过凭借沉积在显示阵列组合件110上方形成背板120的组件)制造。
显示阵列组合件110可包含前衬底20、光学堆叠16、支撑件18、可移动电极14及互连件126。背板120包含至少部分嵌入其中的背板组件122及一或多个背板互连件124。
显示阵列组合件110的光学堆叠16可为至少覆盖前衬底20的阵列区域的实质上连续层。光学堆叠16可包含电连接到接地的实质上透明导电层。可移动电极14/34可为具有例如正方形或矩形形状的分离板。可移动电极14/34可布置为矩阵形式使得可移动电极14/34中的每一者可形成显示元件的部分。在图4的实施方案中，可通过支撑件18在四个拐角处支撑可移动电极14/34。
显示阵列组合件110的互连件126中的每一者用以将可移动电极14/34中的相应者电耦合到一或多个背板组件122。在所说明的实施方案中，显示阵列组合件110的互连件126从可移动电极14/34延伸且经定位以接触背板互连件124。在另一实施方案中，显示阵列组合件110的互连件126可至少部分嵌入支撑件18中，同时通过支撑件18的顶部表面而暴露。在此实施方案中，背板互连件124可经定位以接触显示阵列组合件110的互连件126的暴露部分。在又一实施方案中，背板互连件124可延伸到且电连接到可移动电极14而不实际上附接到可移动电极14，例如图4的互连件126。
除具有松弛状态及激活状态的上述双稳态干涉式调制器以外，干涉式调制器还可经设计以具有多种状态。例如，模拟干涉式调制器(AIMOD)可具有一系列色彩状态。在一个AIMOD实施方案中，单个干涉式调制器可激活为例如红色状态、绿色状态、蓝色状态、黑色状态或白色状态。因此，单个干涉式调制器可经配置以具有在光学频谱的宽广范围内具有不同的光反射率性质的各种状态。AIMOD的光学堆叠可不同于上述双稳态显示元件。这些差异可产生不同的光学结果。例如，在上述双稳态元件中，闭合状态赋予所述双稳态元件黑色反射状态。然而，当电极处于类似于所述双稳态元件的闭合状态的位置中时，模拟干涉式调制器可具有白色反射状态。
图5展示具有两个固定层及可移动第三层的干涉式调制器的横截面。具体来说，图5展示模拟干涉式调制器的实施方案，所述模拟干涉式调制器具有固定第一层802、固定第二层804及定位于固定第一层802与固定第二层804之间的可移动第三层806。层802、804及806中的每一者可包含电极或其它导电材料。例如，第一层802可包含由金属制成的板。可使用形成于或沉积于相应层上的加劲层(stiffening layer)而加劲层802、804及806中的每一者。在一个实施方案中，所述加劲层包含电介质。所述加劲层可用以使其附接的层保持刚性且实质上平坦。调制器800的一些实施方案可被称为三端子干涉式调制器。
所述三个层802、804及806通过绝缘柱810而电绝缘。可移动第三层806从绝缘柱810悬置。可移动第三层806经配置以变形，使得可移动第三层806可在大体上向上方向上朝第一层802移位或可在大体上向下方向上朝第二层804移位。在一些实施方案中，第一层802还可被称为顶层或顶部电极。在一些实施方案中，第二层804还可被称为底层或底部电极。干涉式调制器800可通过衬底820支撑。
在图5中，可移动第三层806用实线说明为处于平衡位置中。如图5中说明，可通过电力供应电路在第一层802与第二层804之间施加固定电压差。在此实施方案中，电压V0施加到层802且层804接地。如果可变电压Vm施加到可移动第三层806，那么随着电压Vm接近V0，可移动第三层806将经静电牵引朝向接地层804。随着电压Vm接近接地，可移动第三层806将经静电牵引朝向层802。如果处于此两个电压的中间点处的电压(在此实施方案中为V0/2)施加到可移动第三层806，那么可移动第三层806将维持在其用图5中的实线指示的平衡位置中。通过施加介于外层802与804上的电压之间的可变电压于可移动第三层806，可移动第三层806可定位在外层802与804之间的所要位置处，从而产生所要光学响应。介于所述外层之间的电压差V0可取决于装置的材料及构造而大为不同，且在许多实施方案中可在约5伏特到20伏特的范围中。还可注意，随着可移动第三层806移动远离其平衡位置，可移动第三层806将会变形或弯曲。在此变形或弯曲配置中，弹性弹簧力机械偏置可移动第三层806使其朝向所述平衡位置。当施加电压V到第三可移动层806时，此机械力还促成可移动第三层806的最终位置。
可移动第三层806可包含镜以反射通过衬底820进入干涉式调制器800的光。镜可包含金属材料。第二层804可包含部分吸收材料，使得第二层804用作吸收层。当从衬底820侧观察反射自所述镜的光时，观察者可将所述反射光感知为某一色彩。通过调整可移动第三层806的位置，可选择性地反射某些波长的光。
图6展示说明具有图5的结构的光学EMS显示装置的驱动电路阵列的示意性电路图的实例。整个设备与图2的使用双稳态干涉式调制器的结构共享许多类似点。然而，如图6中所示，对每一显示元件提供额外的上层802。此上层802可沉积在图3及4中所示的背板120的下侧上，且可通过电力供应电路施加电压V0到其。这些实施方案以类似于上文参考图2描述的方式的方式加以驱动，只是数据线DL1到DLn上提供的电压可置于V0与接地之间的电压范围而非仅两个不同的电压中的一者。以此方式，沿一行的显示元件的可移动第三层806各自在通过断言所述特定行的栅极线而写入所述行时可独立地置于上层与下层之间的任何特定所要位置中。
图7A到7C展示图5的干涉式调制器的两个固定层及可移动层的横截面，其说明材料堆叠。
在图7A及7B中说明的实施方案中，可移动第三层806及第二层804各自包含材料堆叠。例如，可移动第三层806包含堆叠，所述堆叠包含氮氧化硅(SiON)、铝铜(AlCu)及二氧化钛(TiO2)。例如，第二层804包含堆叠，所述堆叠包含氮氧化硅(SiON)、氧化铝(Al2O3)、铬钼(MoCr)及二氧化硅(SiO2)。
在所说明的实施方案中，可移动第三层806包含上面沉积有AlCu层1004a的SiON衬底1002。在此实施方案中，AlCu层1004a导电且可用作电极。在一些实施方案中，AlCu层1004a对入射于其上的光提供反射。在一些实施方案中，SiON衬底1002为大约500nm厚，且AlCu层1004为大约50nm厚。在AlCu层1004a上沉积TiO2层1006a，且在一些实施方案中，TiO2层1006a为大约26nm厚。在TiO2层1006a上沉积SiON层1008a，且在一些实施方案中，SiON层1008a为大约52nm厚。TiO2层1006a的折射率大于SiON层1008a的折射率。以此方式形成具有交替高及低折射率的材料堆叠可导致反射入射在所述堆叠上的光，借此实质上用作镜。
如图7B中所见，在一些实施方案中，可移动第三层806可包含额外的AlCu层1004b、额外的TiO2层1006b及形成于SiON衬底1002的与AlCu层1004a相对的侧上的额外SiON层1008b、TiO2层1006a及SiON层1008a。形成层1004b、1006b及1008b可使可移动第三层806大致相等地加重量于SiON衬底1002的每一侧上，这可在平移可移动第三层806时增加可移动第三层806的位置精确度及稳定度。在此类实施方案中，可在AlCu层1004a与1004b之间形成通孔1009或其它电连接件，使得所述两个AlCu层1004a及1004b的电压将保持实质上相等。以此方式，当电压施加到此两个层中的一者时，此两个层中的另一者将接收相同电压。可在AlCu层1004a与1004b之间形成额外的通孔(未展示)。
在图7A中说明的实施方案中，第二层804包含上面形成有MoCr层1012的SiO2衬底1010。在此实施方案中，MoCr层1012可用作放电层以放电累积电荷，且可耦合到晶体管以选择性地实现所述放电。MoCr层1012还可用作光学吸收体。在一些实施方案中，MoCr层1012为大约5nm厚。在MoCr层1012上形成Al2O3层1014，且Al2O3层1014可提供入射其上的光的一定的反射率且在一些实施方案中还可用作汇流层。在一些实施方案中，Al2O3层1014为大约9nm厚。可在Al2O3层1014的表面上形成一或多个SiON挡板1016a及1016b。当可移动第三层806经偏转完全朝向第二层804时，这些挡板1016机械地防止可移动第三层806接触第二层804的Al2O3层1014。这可减小装置的粘滞力(stiction)及扣压(snap-in)。另外，如图7中所示，可在SiO2衬底1010上形成电极层1018。电极层1018可包含任何数量的实质上透明导电材料，其中氧化铟锡为一种适当的材料。
图7C中说明的层802可用简单的结构制成，因为其具有较少的必须满足的光学及机械需求。此层可包含导电AlCu层1030及绝缘Al2O3层1032。如同层804，可在Al2O3层1032的表面上形成一或多个SiON挡板1036a及1036b。
图8展示图5中说明的干涉式调制器及电压源的示意性表示。在此示意性图中，调制器耦合到电压源V0及Vm。所属领域的技术人员应明白，第一层802与可移动第三层806之间的间隙形成具有可变电容的电容器C1，而可移动第三层806与第二层804之间的间隙形成也具有可变电容的电容器C2。因此，在图8中说明的示意性表示中，电压源V0跨串联耦合的可变电容器C1及C2而连接，而电压源Vm连接在两个可变电容器C1与C2之间。
然而，在干涉式调制器800的许多配置下如上所述股使用电压源V0及Vm精确地驱动可移动第三层806到不同位置可能是困难的，因为施加到干涉式调制器800的电压与可移动第三层806的位置之间的关系可能为高度非线性的。另外，施加相同电压Vm到不同干涉式调制器的可移动层可能归因于制造差异(例如，整个显示表面上方的中间层806的厚度或弹性的变化)而不导致相应可移动层而相对于每一调制器的顶层及底层移动到相同位置。因为所述可移动层的位置将如上所述股确定从所述干涉式调制器反射何种色彩，所以能够检测所述可移动层的位置且精确地驱动所述可移动层到所要位置是有利的。
为更精确地驱动模拟干涉式调制器的可移动层，可将所述可移动层的电极部分分离为两个电隔离部分。图9A展示说明具有两个电隔离部分的电极的俯视图的图。在此实施方案中，将电极分为与第二部分1304电隔离的第一部分1302。在所说明的实施方案中，第一部分1302及第二部分1304形成为共用平面中的层且为实质上正方形或否则为矩形形状。在其它实施方案中，部分1302及1304可大体上为圆形或椭圆形，或部分1302及1304中的一者或两者可配置为不同形状。例如，第一部分1302可配置成八边形形状，而第二部分1304配置为具有切口以接受八边形第一部分1302的正方形形状。如图9A中所示，第二部分1304可形成于第一部分1302的圆周周围。所属领域的技术人员应明白，当第一部分1302及第二部分1304经布置而同中心时，第一部分1302无需位于第二部分1304内。而是，第二部分1304可部分、实质上或完全在第一部分1302内。
在一些实施方案中，部分1302及1304经安置而彼此邻近，例如安置成并排配置。图9B展示说明具有两个电隔离部分的另一电极的俯视图的图。图9B说明分为与第二部分1304邻近的第一部分1302的电极的实施方案的俯视图。第一部分1302及第二部分1304中的每一者可选择为不同于图9B中所示的大小或形状，且第一部分1302的大小及形状无需匹配第二部分1304的大小及形状。例如，第一部分1302可为实质上矩形，而第二部分1304可为实质上椭圆形。所属领域的技术人员应明白，第一部分1302相对于第二部分1304的位置可以任何数目种方式配置，且第一部分1302及第二部分1304可经旋转或移动为不同于图9A及9B中所示的配置的配置。
可移动第三层806可包含相对于图9A及9B论述的电极配置。例如，图7B的AlCu层1004a及1004b可图案化为所述电极的第一部分1302及第二部分1304。在一个实施方案中，第一部分1302的部分可与第二部分1304的至少一些部分形成为共用平面中的层。然而，第一部分1302与第二部分1304电隔离。第一部分1302及第二部分1304两者皆可具备内部通孔以如图7中所示股连接金属层。
返回参考图9A及9B，例如当电极为如上文相对于图7论述股实施于可移动第三层806中时，所述电极的第一部分1302可耦合到电压源Vm。如果所述电极放置在第一层802与第二层804之间，那么当如先前所述股通过电压源V0及Vm施加电压时，不仅第一部分1302将响应于静电力而移动，而且第一部分1302的移动也将导致第二部分1304的移动，因为其均为相同柔性膜的部分。
随着第二部分1304移动，在第二部分1304移动到的每一不同位置处将在第二部分1304上引致电压。此引致电压可感测或检测为电压Vs。因为电极1302与电极1304之间的电容耦合较小，所以电压Vs实质上与通过电压源Vm供应给电极1302的电压隔离。电压Vs将取决于通过电压源V0供应的电压及电极1304相对于上层804及下层802的位置。通过比较电压Vs与通过电压源V0供应的电压，可确定第二部分1304及因此可移动第三层806的位置。在一些实施方案中，取决于所述两个隔离部分的相对大小及形状，电压源Vm耦合到第二部分1304而非第一部分1302，且从第一部分1302感测电压Vs。所属领域的技术人员将明白，各种装置及设备可取决于电极的配置而耦合到第一部分1302或第二部分1304且可用作测量电压Vs的电压传感器。
图10展示图9A或9B的实施于图5的干涉式调制器中的电极的示意性表示。在此示意性表示中，可移动第三层806用分裂电极1302、1304实施且所述调制器耦合到电压源V0及Vm。第一层802与电极的第一部分1302之间的间隙形成可变电容器C1。类似地，第一部分1302与第二层804之间的间隙形成可变电容器C2。第一层802与电极的第二部分1304之间的间隙形成具有可变电容的电容器C3，而第二部分1304与第二层804之间的间隙形成具有可变电容的电容器C4。C3及C4的电容分别与C1及C2成比例(以因子γ)，其中γ等于第二部分1304的面积除以第一部分1302的面积。两个电隔离部分1302及1304形成第五电容器Cc。Cc的电容可被称为两个电隔离部分1302与1304之间的耦合电容。
如上所述，可通过测量电压Vs确定可移动第三层806的位置。如果假定Cc的电容为零，那么图10中说明的电路操作为分压器，且将根据以下方程式产生电压Vs：
Vs＝V0*C2/(C1+C2)      (1)
其中方程式(1)中的V0用以表示通过电压源V0供应的电压，且方程式(1)中的C1及C2分别用以表示电容器C1及C2的电容。如果可移动第三层806在平衡位置中时在第一层802与第二层804之间居中，那么Vs将大体上与可移动第三层806从所述平衡位置的移位成比例。在此配置中，如果通过d表示层806及上层802或下层804的平衡中点位置之间的距离且通过x表示镜从所述平衡中点位置的移位(可取决于移位的方向而为正或负)，那么可使用以下方程式确定x的值：
x＝d((2Vs/V0)-1)      (2)
因此可从所感测电压Vs确定可移动第三层806的位置。
可通过确定Cc的电容且包含此电容于位置计算中而更具体地确定可移动第三层806的位置。如果可移动第三层806在平衡位置中时在第一层802与第二层804之间居中，那么可使用以下方程式确定Vs：
V s = C 2 V 0 ( C 1 + C 2 ) ( 1 + C c γ ( C 1 + C 2 ) ) - - - ( 3 )
其中方程式(1)中的Vm用以表示通过电压源Vm供应的电压。注意，电容C1及C2将取决于第一部分1302的面积及第一部分1302从所述平衡位置的移位，且观察到Cc＜＜C2、C1，且因此使对Cc、Vs的感测误差保持为第一级将根据以下方程式而产生：
V s ≈ ( d + x ) V 0 2 d ( 1 - C c γ ( C 1 + C 2 ) ) + C c V m γ ( C 1 + C 2 ) - - - ( 4 ) .
此所感测电压Vs可因此用以探查可移动第三层806对供应电压Vm的实际响应。电极可经配置以最小化所述耦合电容或将所述耦合电容维持在预定值以下使得可忽略对Vm的相依性。例如，当以例如图9A及9B中所示的并排配置安置电隔离部分1302及1304时，可将所述耦合电容维持为低。
虽然已相对于模拟干涉式调制器描述上述实施方案，但是所属领域的技术人员将明白，本文中的教示并不限于此类实施方案。例如，如上所述股感测电压可用以确定任何可移动导体或电极在两个其它电极或导体(例如，两个其它实质上静止或固定电极或导体)之间的位置。在一些实施方案中，所述两个其它电极经配置以移动或平移，而所述两个其它电极之间的中间电极或导体实质上固定或静止。在所有这些实施方案中，可将所述中间电极分离为两个或两个以上电隔离部分，且所述部分中的至少一者可耦合到电压传感器。
图11展示用于确定安置在两个固定导电层之间的可移动导电层的位置的过程的流程图。
在框1702处，跨两个电极施加第一电压。例如，电压源V0可用以跨干涉式调制器800的第一层802及第二层804的电极施加电压。在框1704处，施加第二电压到第三电极。例如，电压源Vm可用以施加电压到电极或其部分，例如可移动第三层806的电极的第一部分1302。在框1706处，感测电隔离的第四电极的电压。例如，可从可移动第三层806的第二部分1304感测电压Vs。在框1708处，至少部分基于所感测电压确定可移动第三层806的位置。
图12展示经配置以对图9A的电极提供反馈的电压传感器的说明。图12说明被配置为还对电极1302提供反馈的位置确定单元的电压传感器1802的实施方案。在此实施方案中，在反馈电路中使用所感测电压Vs来校正所述电极的位置，且因此当可移动第三层806使用所述电极实施时校正可移动第三层806的位置。
如图12中可见，电压源Vset耦合到运算放大器(“op-amp”)1812的输入，而运算放大器1812的输出耦合到电极的电隔离部分中的一者。所说明的实施方案展示电压源Vset耦合到运算放大器1812的正输入，且展示运算放大器1812的输出耦合到第一部分1302。在所说明的实施方案中，运算放大器1812的负输入耦合到电压跟随器1814的输出。在此实施方案中，来自第二部分1304的感测电压Vs耦合到电压跟随器1814的输入，而电压跟随器1814的输出耦合到运算放大器1812的负输入。所述电压跟随器的输出为对耦合电极1302及1304的中间层806的位置的测量。此位置测量被用作运算放大器1812的输入。
在图12中说明的配置中，运算放大器1812的输出Vm将为使Vs大致等于Vset所需的任意值。因此，运用图12的反馈回路，可通过选择等于当中间层806处于根据上述方程式2的所要值x时产生的Vs值的所施加Vset而将中间层806置于上层802与下层804之间的所要位置x。所施加Vset与x值之间的关系可大致呈线性，其中0与V0之间的所施加Vset产生从-d到+d变化的x。
如上所述用反馈驱动干涉式调制器可减小干涉式调制器的扣压特性的影响。术语“扣压”是指这些装置的如下特性：随着中间电极受施加于电极1302的电压的影响而移动朝向固定电极802或804中的一者，到达其中所施加电压的小的变化导致中间电极806突然一直向上或向下移动而抵靠所述固定电极中的一者的点。此现象减小许多此类装置中的中间层的受控运动的有用范围。例如图12A中所示的反馈回路允许更细微地控制位置，且增加这些装置的有用受控范围。另外，可减小起因于个别调制器的变化(例如，归因于制造差异)的复杂度。因此，虽然驱动干涉式调制器的阵列中的不同可移动层所需的电压由于所述调制器的制造的变化及公差而可稍微不同，但图12的反馈可用以使用一致的驱动电压Vset精确地定位所有所述可移动层。另外，可通过所述反馈实时地校正所述可移动层的振荡或不稳定性。
图13展示用于驱动用于调制光的装置的过程的流程图。
在框1902处，跨第一电极及第二电极施加第一电压。例如，跨第一层802及第二层804的电极施加来自电压源V0的电压。在框1904处，施加第二电压到第三电极。在图12的实施方案中，所述第三电极配置为可移动电极的一部分且安置在所述第一电极与所述第二电极之间且与所述第一电极及所述第二电极间隔开。例如，可将来自电压源Vm的电压施加到电极的一部分，例如可移动第三层806的电极的第一部分1302。在框1906处，感测第四电极的电压。例如，可从第二部分1304感测电压Vs。在框1908处，使用所感测电压以调整所施加第二电压直到所述可移动电极位于所要位置处。例如，所感测电压Vs可由运算放大器1812使用以调整施加到所述第三电极的电压直到Vs与接收自电压源Vm的电压大致相等且可移动电极806位于从平衡位置的所要偏移处。
图14展示说明图12的传感器及反馈的实施方案的电路图。如图14中可见，可各自使用多个晶体管实施运算放大器1812及电压跟随器1814。在此实施方案中，电压跟随器1814实施为一对晶体管1816及1818。晶体管1818的栅极耦合到感测电极1304以对电压跟随器1814提供Vs输入。晶体管1818的漏极连接到选择线。晶体管1818的源极耦合到晶体管1816的漏极，且晶体管1816的栅极连接到晶体管1818的漏极。晶体管1816的源极形成电压跟随器1814的输出，且耦合到包含运算放大器1812的晶体管1820及晶体管1822的差动对中的第一晶体管1820。Vm输入通过由以与晶体管1816及1818相同的方式连接的晶体管1824及1826组成的电压跟随器提供给所述运算放大器的差动对中的另一晶体管1822的栅极。通过晶体管1830对所述差动对及所述电压跟随器提供偏压电流。所述差动对的输出连接到将其栅极连接到选择线的选择晶体管1832的源极。选择晶体管1832的漏极耦合到电极1302。当选择晶体管1832用施加于其栅极的选择信号而接通时，所述差动对的输出将达到其中感测电压Vs等于输入电压Vm的电压。因此，可使用适当的元件有效且具成本效益地实施传感器1802。
图15展示说明并入有电压感测及反馈以定位每一调制器的中间层的干涉式调制器的阵列的图。如上文相对于图2及6所描述，数据驱动器电路供应一行数据电压Vsetl到Vsetn。栅极驱动器电路提供施加一组数据电压到显示元件的选定行的行选择电压。每一列具备反馈放大器1812且每一显示元件具备电压跟随器1814。反馈放大器1812及电压跟随器1814可并入如上文关于驱动晶体管S11、S12等等描述的背板120中。
例如，为设定行1中的显示元件的位置，根据沿所述行的每一中间层806的所要位置设定Vsetl到Vsetn输出。例如，如果对于S11来说，所述中间层应处于中间平衡位置中，那么Vsetl设定为0.5V0。如果对于S12来说，所述中间层应处于所述中间平衡位置与接地层804之间的中途，那么Vset2设定为0.75V0，等等。当对一行适当地设定每一Vset时，断言栅极线GL1，从而将每一反馈放大器1812的输出耦合到沿所述行的每一显示元件的电极1302。栅极线GL1断言还导致沿所述第一行的每一显示元件的感测电压Vs反馈到每一相应的反馈放大器。如上文相对于图12及13描述，这取决于所施加数据电压Vset将沿所述行的每一显示元件设定到所要位置x。接着对每一行重复此过程以完成写入图像数据的全帧的过程。
图16展示具有具备固定感测电极的固定层及可移动层的干涉式调制器的横截面。在此实施方案中，跨固定电极808及可移动层806施加固定电压V0，其中可移动层806在此实施方案中接地。电极808可形成于另一固定电极804的外围区域中或可为通过808与804之间的额外电介质层形成的均匀薄膜电容器，使得804跨整个像素区域均匀。在图16中说明的实施方案中，电极808部分或完全围绕电极804，但使电极808仅位于电极804的一侧上是合适的。在可移动层806的另一侧上施加可变电压Vm到固定电极802。固定电极804被用作感测电极。当可变电压Vm为零时，电极808上的电压V0将可移动层806朝感测电极804牵引且迫使感测电极804的电压为零。随着可变电压Vm增加，将可移动层806牵引朝向电极802，且感测电极804上的电压增加。在一些实施方案中，感测电极804上的电压为可移动层806的位置的大致线性函数。因此，类似于上述实施方案，感测电极804上的电压可用以确定可移动层806的位置。在此实施方案中，接地可移动层806遮蔽感测电极804使其不受电极802上的变化电压电平影响，使得所述感测电压主要取决于可移动层806的位置，而与用以产生所述位置的电压Vm无关。如图17中说明，反馈可以类似于上文描述的方式的方式并入此实施方案。
图17展示说明如图16中所示股构造的并入有电压感测及反馈以将每一调制器的可移动层定位于显示系统中的干涉式调制器的阵列的另一实施方案的图。每一干涉式调制器可配置为所述显示系统中的显示元件。如图17中所示，图15的电压跟随器1814连接到固定电极804。电压跟随器1814的输出对运算放大器1812提供输入。在此实施方案中，感测电压输出与可移动层806的位置之间的已知关系用以确定沿一行的Vsetl到Vsetn的值以将沿一行的可移动层806定位于其所要位置。此关系可存储为通过显示系统存取的公式或查找表。如果所述关系对于不同显示元件而不同，那么当设定每一显示元件的状态时可存储并使用每一元件的特定值。当断言栅极线(例如GL1)时，开关S11将会闭合，且因此将运算放大器1812的输出电压Vm1传递到固定电极802上。如上文参考图16解释，将固定电极802上的电压从零增加到Vm1可使可移动层806牵引朝向电极802，且感测电极804上的电压增加。感测电极804上的电压输入到电压跟随器1814中，从而对运算放大器1812提供输入作为反馈信号。因此，所述运算放大器(包含运算放大器1812)的输出将会移动到使感测电压等于输入Vset值的电压Vm，因此将沿所述行的每一显示元件的可移动层806置于所要位置处。
图18A及18B展示说明包含多个干涉式调制器的显示装置40的系统框图的实例。显示装置40可为(例如)智能电话、蜂窝式或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其稍微变化还说明各种类型的显示装置，例如电视机、平板计算机、电子书阅读器、手持式装置及便携式媒体播放器。
显示装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48及麦克风46。外壳41可由多种制造工艺中的任一工艺形成，包含注射模制及真空成形。此外，外壳41可由多种材料中的任一材料制成，包含(但不限于)：塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷，或其组合。外壳41可包含可移除部分(未展示)，所述可移除部分可与不同色彩或含有不同标志、图片或符号的其它可移除部分互换。
如本文所述，显示器30可为多种显示器中的任一者，包含双稳态或模拟显示器。显示器30还可经配置以包含平板显示器(例如等离子、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD)或非平板显示器(例如CRT或其它管式装置)。此外，如本文所述，显示器30可包含干涉式调制器显示器。
图18B中示意性地说明显示装置40的组件。显示装置40包含外壳41，且可包含至少部分围封在外壳41中的额外组件。例如，显示装置40包含网络接口27，网络接口27包含耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45及麦克风46。处理器21还连接到输入装置48及驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28及阵列驱动器22，阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。在一些实施方案中，电力供应器50可在特定显示装置40设计中将电力提供到实质上全部组件。
网络接口27包含天线43及收发器47，使得显示装置40可经由网络与一或多个装置通信。网络接口27还可具有一些处理能力以缓解例如处理器21的数据处理要求。天线43可发射及接收信号。在一些实施方案中，天线43根据IEEE16.11标准(包含IEEE16.11(a)、(b)或(g))或IEEE802.11标准(包含IEEE802.11a、b、g或n)及其进一步实施方案发射及接收射频(RF)信号。在一些其它实施方案中，天线43根据蓝牙(BLUETOOTH)标准发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情况中，天线43经设计以接收分放码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、GSM/通用分组无线电服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、陆地中继无线电(TETRA)、宽带CDMA(W-CDMA)、演进数据优化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO ReV A、EV-DO ReV B、高速分组接入(HSPA)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、高速上行链路分组接入(HSUPA)、演进型高速分组接入(HSPA+)、长期演进技术(LTE)、AMPS或用以在无线网络(例如利用3G或4G技术的系统)内通信的其它已知信号。收发器47可预处理从天线43接收的信号，使得处理器21可接收并进一步操纵所述信号。收发器47还可处理从处理器21接收的信号，使得可经由天线43从显示装置40发射所述信号。
在一些实施方案中，收发器47可由接收器取代。此外，在一些实施方案中，网络接口27可由可存储或产生待发送到处理器21的图像数据的图像源取代。处理器21可控制显示装置40的总体操作。处理器21接收数据(例如来自网络接口27或图像源的经压缩图像数据)并将数据处理为原始图像数据或易于处理为原始图像数据的格式。处理器21可将经处理的数据发送到驱动器控制器29或帧缓冲器28以进行存储。原始数据通常指识别图像内的每一位置处的图像特性的信息。例如，此类图像特性可包含色彩、饱和度及灰度级。
处理器21可包含用以控制显示装置40的操作的微控制器、CPU或逻辑单元。调节硬件52可包含用于将信号发射到扬声器45及用于从麦克风46接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件或可并入处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29可直接从处理器21或从帧缓冲器28取得由处理器21产生的原始图像数据且可适当地重新格式化原始图像数据以使其高速发射到阵列驱动器22。在一些实施方案中，驱动器控制器29可将所述原始图像数据重新格式化为具有类光栅格式的数据流，使得其具有适合跨显示阵列30扫描的时序。接着，驱动器控制器29将经格式化的信息发送到阵列驱动器22。虽然驱动器控制器29(例如LCD控制器)通常作为独立集成电路(IC)而与系统处理器21相关联，但是此类控制器可以许多方式实施。例如，控制器可作为硬件嵌入于处理器21中、作为软件嵌入于处理器21中或与阵列驱动器22完全集成于硬件中。
阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收经格式化的信息且可将视频数据重新格式化为一组平行波形，所述波形为每秒多次地施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百及有时数千个(或更多个)引线。
在一些实施方案中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30适合于本文描述的任何类型的显示器。例如，驱动器控制器29可为常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，IMOD控制器)。此外，阵列驱动器22可为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，IMOD显示器驱动器)。此外，显示阵列30可为常规显示阵列或双稳态显示阵列(例如，包含IMOD阵列的显示器)。在一些实施方案中，驱动器控制器29可与阵列驱动器22集成。此实施方案可用于高度集成系统(例如，移动电话、便携式电子装置、手表及小面积显示器)中。
在一些实施方案中，输入装置48可经配置以允许例如用户控制显示装置40的操作。输入装置48可包含小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、游戏杆、触敏屏幕、与显示阵列30集成的触敏屏幕或压敏膜或热敏膜。麦克风46可配置为显示装置40的输入装置。在一些实施方案中，通过麦克风46的语音命令可用于控制显示装置40的操作。
电力供应器50可包含多种能量存储装置。例如，电力供应器50可为可再充电电池，例如镍镉电池或锂离子电池。在使用可再充电电池的实施方案中，可使用源自例如壁式插口或光伏打装置或阵列对所述可再充电电池充电。或者，所述可再充电电池可以无线方式充电。电力供应器50还可为可再生能源、电容器或太阳能电池(包含塑料太阳能电池或太阳能电池漆)。电力供应器50还可经配置以从壁式插座接收电力。
在一些实施方案中，控制可编程性驻留在可定位于电子显示系统中的若干位置中的驱动器控制器29中。在一些其它实施方案中，控制可编程性驻留在阵列驱动器22中。可在任何数目个硬件及/或软件组件及各种配置中实施上述优化。
图19为具有光学MEMS显示器的电子装置的示意性分解透视图的实例。所说明的电子装置40包含具有用于显示器30的凹口41a的外壳41。电子装置40还在外壳41的凹口41a的底部上包含处理器21。处理器21可包含用于与显示器30进行数据通信的连接器21a。电子装置40还可包含其它组件，其至少一部分在外壳41内。所述其它组件可包含(但不限于)如之前结合图16B描述的网络连接接口、驱动器控制器、输入装置、电力供应器、调节硬件、帧缓冲器、扬声器及麦克风。
显示器30可包含显示阵列组合件110、背板120及柔性电缆130。显示阵列组合件110及背板120可使用例如密封剂而彼此附接。
显示阵列组合件110可包含显示区域101及外围区域102。当从显示阵列组合件110上方观察时，外围区域102包围显示区域101。显示阵列组合件110还包含经定位及定向以通过显示区域101显示图像的显示元件的阵列。所述显示元件可布置为矩阵形式。在一个实施方案中，所述显示元件中的每一者可为干涉式调制器。在一些实施方案中，术语“显示元件”还可被称为“像素”。
背板120可覆盖显示阵列组合件110的实质上整个背侧表面。除其它类似材料以外，背板120还可由(例如)玻璃、聚合物材料、金属材料、陶瓷材料、半导体材料或所述前述材料中的两者或两者以上的组合形成。背板120可包含相同或不同材料的一层或多层。背板120还可包含至少部分嵌入其中或安装于其上的各种组件。此类组件的实例包含(但不限于)驱动器控制器、阵列驱动器(例如，数据驱动器及扫描驱动器)、路由线(例如，数据线与栅极线)、切换电路、处理器(例如，图像数据处理处理器)及互连件。
柔性电缆130用以在电子装置40的显示器30与其它组件(例如，处理器21)之间提供数据通信通道。柔性电缆130可从显示阵列组合件110的一或多个组件或从背板120延伸。柔性电缆130包含彼此平行延伸的多根导线及可连接到处理器21的连接器21a或电子装置40的任何其它组件的连接器130a。
结合本文揭示的实施方案进行描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。已在功能性方面大体上描述硬件及软件的可互换性且在上述各种说明性组件、块、模块、电路及步骤中说明所述可互换性。在硬件中实施还是在软件中实施此功能性取决于特定应用及强加于整个系统的设计限制。
可使用以下每一者实施或执行用以实施结合本文揭示的方面进行描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备：通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或经设计以执行本文描述的功能的其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合。通用处理器可为微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合(例如，DSP与微处理器的组合)、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器或任何其它此配置。在一些实施方案中，可通过专用于给定功能的电路执行特定步骤及方法。
在一或多个方面中，可将所描述的功能实施于硬件、数字电子电路、计算机软件、固件中，包含本说明书中揭示的结构及其结构等效物或其任何组合。本说明书中描述的标的物的实施方案还可实施为在计算机存储媒体上编码以通过数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一或多个计算机程序(即，计算机程序指令的一或多个模块)。
所属领域的技术人员可容易明白本发明中描述的实施方案的各种修改，且本文定义的一股原理在不脱离本发明的精神或范围的情况下可应用于其它实施方案。因此，本发明不希望限于本文展示的实施方案，而应符合与本文所揭示的权利要求书、原理及新颖特征一致的最广范围。此外，所属领域的一股技术人员将容易明白，术语“上”及“下”有时是为便于描述图式而使用且指示对应于适当定向页面上的图式定向的相对位置，且可能不反映如所实施的IMOD的适当定向。
本说明书中在个别实施方案的上下文中描述的特定特征还可在单个实施方案中组合实施。相反，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征还可在多项实施方案中单独实施或以任何适当子组合实施。此外，虽然上文可将特征描述为以特定组合起作用且甚至最初如此主张，但在一些情况中，来自所主张的组合的一或多个特征可从组合中去除且所主张的组合可涉及子组合或子组合的变体。
类似地，虽然在图式中以特定次序描绘操作，但所属领域的一股技术人员将容易认识到，无需以所展示的特定次序或循序次序执行此类操作，或执行所有经说明的操作以实现所要结果。在某些境况中，多任务处理及并行处理可为有利的。此外，在上述实施方案中的各种系统组件的分离不应理解为在所有实施方案中都需要此分离，且应理解为所描述的程序组件及系统通常可一起集成在单个软件产品中或可封装到多个软件产品中。此外，其它实施方案在所附权利要求书的范围内。在一些情况中，权利要求书中叙述的动作可以不同次序执行且仍实现所要结果。

Claims (32)

1.一种用于调制光的装置，其包括：
至少第一、第二、第三及第四电极；
固定电压源，其耦合到所述第一电极及所述第二电极；
可变电压源，其耦合到所述第三电极；以及
电压传感器，其耦合到所述第四电极。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述四个电极中的至少一者是可移动的。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第三电极及所述第四电极是可移动的。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述电压传感器提供反馈以调整所述可变电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其进一步包含运算放大器，其中所述运算放大器的输出耦合到所述第三电极。
6.根据权利要求5所述的装置，其进一步包含电压跟随器，其中所述电压跟随器的输入耦合到所述第四电极，且其中所述电压跟随器的输出耦合到所述运算放大器。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三电极及所述第四电极形成为共用平面中的层。
8.根据权利要求3所述的装置，其中所述第三电极及所述第四电极形成为共用平面中的层。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第四电极形成于所述第三电极的圆周周围。
10.根据权利要求2所述的装置，其中所述可移动电极包含镜层。
11.根据权利要求2所述的装置，其进一步包含经配置以通过改变由所述可变电压源供应的所述电压而调整所述可移动电极的位置的驱动电路。
12.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二电极是可移动的。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述第二电极接地。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述第四电极安置在所述第二电极与所述第一电极之间。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一电极形成于所述第四电极的外围部分周围。
16.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括：
显示器；
处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
17.根据权利要求16所述的装置，其进一步包括：
驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述显示器。
18.根据权利要求17所述的装置，其进一步包括：
控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
19.根据权利要求16所述的装置，其进一步包括：
图像源模块，其经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。
21.根据权利要求16所述的装置，其进一步包括：
输入装置，其经配置以接收输入数据并将所述输入数据传达到所述处理器。
22.根据权利要求1所述的装置，其包含位置确定单元，所述位置确定单元耦合到所述第四电极且经配置以至少部分基于从所述第四电极感测的电压确定可移动导电层的位置。
23.一种驱动用于调制光的装置的方法，其包括：
跨第一电极及第二电极施加第一电压；
施加第二电压到第三电极；以及
感测第四电极的电压。
24.根据权利要求23所述的方法，其包含响应于施加所述第二电压而移动所述第三电极及所述第四电极。
25.根据权利要求23所述的方法，其包含响应于施加所述第二电压而移动所述第一电极或所述第二电极中的一者。
26.根据权利要求23所述的方法，其中使用所述所感测电压来调整所述所施加第二电压直到可移动电极的位置实质上等于所要位置。
27.根据权利要求23所述的方法，其中所述所感测电压实质上与所述可移动电极的如通过取决于所述第三电极与所述第四电极之间的电容的因子调整的偏移成比例。
28.一种用于调制光的装置，其包括：
用于跨第一电极及第二电极施加第一电压的装置；
用于施加第二电压到第三电极的装置；以及
用于感测第四电极的电压的装置。
29.根据权利要求28所述的装置，其额外包含用于至少部分基于所述所感测电压确定所述可移动导电层的位置的装置。
30.根据权利要求29所述的装置，其中所述用于施加的装置包含运算放大器。
31.根据权利要求30所述的装置，其中所述用于感测的装置包括电压跟随器。
32.根据权利要求31所述的装置，其中所述电压跟随器的输出耦合到所述运算放大器的输入。
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